Technika cyfrowa

Nazwa przedmiotu:
TECHNIKA CYFROWA
Foundations of digital electronics
Kierunek:
Forma studiów:
Kod przedmiotu:
Informatyka
stacjonarne
Rodzaj przedmiotu:
Poziom przedmiotu:
obowiązkowy w ramach treści
kierunkowych, moduł kierunkowy
ogólny
I stopnia
C3_07
Rok: II
Semestr: III
Rodzaj zajęć:
Liczba godzin/tydzień:
Liczba punktów:
wykład, laboratorium, ćwiczenia
2W, 2L
4 ECTS
PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE
I KARTA PRZEDMIOTU
CEL PRZEDMIOTU
C1.Uzyskanie podstawowej wiedzy z zakresu teorii układów cyfrowych, budowy i działania
cyfrowych układów scalonych, zasad projektowania urządzeń cyfrowych Nabycie wiedzy
niezbędnej do zrozumienia funkcjonowania elementów budowy komputera:
mikroprocesorów, pamięci i układów peryferyjnych oraz projektowania układów cyfrowych.
C2. Nabycie przez studentów praktycznych umiejętności w zakresie analizy i syntezy układów
cyfrowych.
WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI
1. Wiedza z za zakresu fizyki ciała stałego, teorii obwodów i sygnałów, podstaw elektroniki.
2. Wiedza z zakresu matematyki, podstawowa wiedza z logiki i arytmetyki binarnej
3. Umiejętność wykonywania działań matematycznych do rozwiązywania postawionych zadań
związanych z teorią układów cyfrowych.
4. Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji w tym z instrukcji i dokumentacji
technicznej.
5. Umiejętności pracy samodzielnej i w grupie.
6. Umiejętności prawidłowej interpretacji i prezentacji własnych działań.
EFEKTY KSZTAŁCENIA
EK 1 – posiada podstawową wiedzę teoretyczną z zakresu teorii układów cyfrowych.
EK 2 – zna tendencje i kierunki rozwoju cyfrowych układów scalonych.
EK 3 – posiada podstawową wiedzę teoretyczną w zakresie analizy i syntezy układów cyfrowych.
EK 4 – posiada podstawową wiedzę z zakresu komputerowego projektowania układów cyfrowych
EK 5 –zna zasady projektowania urządzeń cyfrowych.
EK 6 – potrafi dokonać minimalizacji funkcji logicznych układów jedno i wielowyjściowych oraz
analizy tych układów.
EK 7 – potrafi zaprojektować różnego rodzaju konwertery kodów.
EK 8 – potrafi zaprojektować i dokonać analizy asynchronicznych układów cyfrowych.
EK 9 – potrafi zaprojektować i dokonać analizy synchronicznych układów cyfrowych.
EK 10 – potrafi zaprojektować i dokonać analizy kombinacyjnych układów arytmetycznych i
kombinacyjnych układów sterowania.
EK 11– potrafi zaprojektować układy cyfrowe z uzależnieniami czasowymi.
EK 12 –potrafi przygotować sprawozdanie z przebiegu realizacji ćwiczeń.
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęć – WYKŁADY
W 1 – Wiadomości ogólne. Porównanie techniki analogowej i cyfrowej. Nazewnictwo.
Parametry porównawcze. Technologie wykonania funktorów logicznych
W 2 – Bramki. Symbole bramek w logice dodatniej i ujemnej oraz znajomość ich tabel
prawdy (AND, NAND, OR, NOR, INVERTER, BUFFER, XOR, XNOR). Budowa bramek
scalonych podstawowej serii: (NAND TTL), zasada działania.
W 3 – Układy kombinacyjne. Prawa algebry Boole’a. Sposoby przedstawiania funkcji
logicznych. Zapis funkcji w postaci kanonicznej sumy, iloczynu, tablicy prawdy.
Funkcje kombinacyjne wielu zmiennych. Minimalizacja funkcji logicznych. Metody
minimalizacji funkcji logicznych. Metoda algebraiczna. Metoda tablic Karnaugha.
Hazardy w tablicach Karnaugha. Realizacja układów kombinacyjnych przy użyciu
dowolnych bramek.
W 4 – Przerzutniki. Definicja przerzutnika, zasady działania, parametry statyczne i
dynamiczne. Przerzutnik RS. Przerzutnik RS wyzwalany poziomem i zboczem.
Przerzutnik JK. Przerzutnik JK Master-slave. Przerzutnik D i przerzutnik latch.
Zamiany wzajemne przerzutników. Przerzutnik T jako dwójka licząca.
W 5 – Rejestry. Wiadomości ogólne- budowa, zasada działania, sposoby wpisywania słowa
dwójkowego do rejestru i sposoby wyprowadzania słowa z rejestru.. Rejestry
równoległe. Rejestry szeregowe. Rejestry przesuwające. Zastosowania rejestrów.
Zasady łączenia rejestrów w układy o zwiększonej pojemności.
W 6 – Liczniki. Podziały liczników Parametry liczników Liczniki asynchroniczne Własności
dynamiczne liczników. Liczniki synchroniczne. Liczniki rewersyjne. Budowa,
sposoby projektowania na przerzutnikach D, JK, T. Synteza liczników modulo n.
Dzielniki częstotliwości. Modele synchronicznego układu sekwencyjnego
(Mealy’ego, Moore’a), projektowanie synchronicznych układów sekwencyjnych
W 7 – Układy przetwarzania kodów. Kody liczbowe, kody naturalne (tzw. pozycyjne lub
wagowe): dziesiętny (ND), binarny (dwójkowy – NB), ósemkowy (OCT),
szesnastkowy (HEX). Konwersja liczb pomiędzy kodami ND, NB, OCT, HEX.
Uzupełnienia liczb (uzupełnienie do 1 i do 2 dla liczb binarnych). Zapis liczb
dwójkowych ze znakiem: znak-moduł (ZM), znak - uzupełnienie do 1 (ZU1 lub
krótko U1), znak - uzupełnienie do 2 (ZU2 lub krótko U2). Kody dwójkowo
dziesiętne: BCD (tzw. BCD 8421, kod z nadmiarem do 3, 1 z 10 (pierścieniowy), 7–
segmentowy,. Kod Graya. Kodery, dekodery, transkodery (umiejętność ich
projektowania). Dekoder 1 z n. Dekoder wielopoziomowy. Dekoder
współrzędnościowy. Zastosowanie dekoderów do uaktywniania pamięci i układów
we-wy.
W 8 - Multipleksery i demultipleksery. Budowa, symbole graficzne, zasady działania.
Projektowanie jedno i wielowyjściowych układów kombinacyjnych.
W 9 – Układy arytmetyczne. Arytmetyka dwójkowa, działania na liczbach dwójkowych bez
znaku i ze znakiem (dodawanie, odejmowanie). Zapis liczb ujemnych - znakmoduł, , uzupełnienie do 2. Mnożenie binarne. Półsumator, sumator, sumatory
Liczba
godzin
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
wielobitowe szeregowe i równoległe, sumatory scalone, sumatory akumulujące.
Komparatory i Komparatory scalone. Układy mnożące i generatory parzystości.
W 10 – Układy arytmetyczne Praktyczne realzacje: półsumator, sumator, sumatory
wielobitowe szeregowe i równoległe, sumatory scalone, sumatory akumulujące.
W 11 – Układy arytmetyczne. Komparatory i Komparatory scalone. Układy mnożące i
generatory parzystości.
W 12 – Układy czasowe i generacyjne. Rodzaje układów uzależnień czasowych.
Przerzutniki monostabilne. Układy całkujące i różniczkujące. Generatory fali
prostokątnej. Generatory kwarcowe. Scalone układy generacyjne.
W 13 – Układy współpracy z otoczeniem. Układy wejściowe o różnych poziomach napięć.
Likwidacja drgań zestyków mechanicznych. Układy odczytywania klawiatury.
Układy rozdzielenia galwanicznego. Układy wyświetlania informacji - LED, LCD.
Zespoły wyświetlania multipleksowanego.
W 14 – Wprowadzenie do cyfrowych układów programowalnych.
W 15 – Zasady projektowania i wykorzystania układów cyfrowych Rozwiązywanie zadań
technicznych z wykorzystaniem układów cyfrowych prezentacja rozwiązań zadań
problemowych.
Forma zajęć – LABORATORIUM
L 1 – Podstawowe funkcje logiczne
L 2 – Przerzutniki
L 3 – Liczniki i rejestry
L 4 – Liczniki i rejestry scalone
L 5 – Kodery, dekodery, multipleksery, demultipleksery
L 6 – Układy arytmetyczne
L 7 – Zastosowania układów scalonych
2
2
2
2
2
2
Liczba
godzin
4
4
4
4
4
6
4
NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE
1. – wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych
2. – ćwiczenia laboratoryjne, opracowanie sprawozdań z realizacji przebiegu ćwiczeń
3. – instrukcje do wykonania ćwiczeń laboratoryjnych
4. – ćwiczenia tablicowe
5. - programy inżynierskie do analizy, symulacji, projektowania układów cyfrowych
6. – stanowiska do ćwiczeń
SPOSOBY OCENY ( F – FORMUJĄCA, P – PODSUMOWUJĄCA)
F1. – ocena przygotowania do ćwiczeń laboratoryjnych
F2. - ocena przygotowania do ćwiczeń tablicowych
F3. – ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania ćwiczeń
F4. – ocena sprawozdań z realizacji ćwiczeń objętych programem nauczania
F5. – ocena aktywności podczas zajęć
P1. – ocena umiejętności rozwiązywania postawionych problemów oraz sposobu prezentacji
uzyskanych wyników – zaliczenie na ocenę
P2. – ocena opanowania materiału nauczania będącego przedmiotem wykładu – egzamin
3
OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA
Forma aktywności
Średnia liczba godzin na
zrealizowanie aktywności
30W, 30L  60 h
Godziny kontaktowe z prowadzącym
Godziny konsultacji z prowadzącym
5h
Zapoznanie się ze wskazaną literaturą
10 h
Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych i tablicowych
15 h
Wykonanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych, projektów (czas
10 h
poza zajęciami)

Suma
100 h
SUMARYCZNA LICZBA PUNKTÓW ECTS DLA PRZEDMIOTU
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach
wymagających bezpośredniego udziału prowadzącego
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o
charakterze praktycznym, w tym zajęć laboratoryjnych i
projektowych
4 ECTS
2.6 ECTS
2.2 ECTS
LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA
1
2
3
4
5
Ćwirko R., Rusek M., Marciniak W. - Układy scalone w pytaniach i odpowiedziach, WNT,
Warszawa 1987
De Micheli G. - Synteza i optymalizacja układów cyfrowych, WNT, Warszawa 1998
Gajewski P., Turczyński J. - Cyfrowe układy scalone CMOS, WKiŁ, Warszawa 1990
Głocki W. - Układy cyfrowe, WSZiP, Warszawa 1996
Kalisz J. - Podstawy elektroniki cyfrowej, WKiŁ, Warszawa 1991
PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL)
1. dr inż. Jacek Smoląg [email protected]
MACIERZ REALIZACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA
Efekt
kształcenia
EK1
EK2
Odniesienie danego
efektu do efektów
zdefiniowanych
dla całego programu
(PEK)
K_W05
K_W03
K_W09
K_U01
K_U08
K_U10
K_W05
K_W03
K_W09
Cele
przedmiotu
C1
C1
Treści
programowe
W1-15
W1-15
Narzędzia
dydaktyczne
Sposób
oceny
1-5
F1-F5
P2
1
F1-F5
P2
4
EK3
EK4
EK5
EK6
EK7
EK8
EK9
EK10
EK11
EK12
K_U01
K_U08
K_U10
K_W05
K_W03
K_W09
K_U01
K_U08
K_U10
K_W05
K_W03
K_W09
K_U01
K_U08
K_U10
K_W05
K_W03
K_W09
K_U01
K_U08
K_U10
K_U01
K_U08
K_U10
K_U01
K_U08
K_U10
K_U01
K_U08
K_U10
K_U01
K_U08
K_U10
K_U01
K_U08
K_U10
K_U01
K_U08
K_U10
K_W03
K_U01
K_K05
C1
W1-15
L1-7
C1-7
1-5
F1-F5
P2
C1
W1-15
L1-7
C1-7
1-5
F1-F5
P1,P2
C1
W1-15
L1-7
C1-7
1-5
F1-F5
P1,P2
C1,C2
W1-3
L1,C1
1-6
F1-F5
P1
C1,C2
W7
L5,C5
1-6
F1-F5
P1
1-6
F1-F5
P1
1-6
F1-F5
P1
1-6
F1-F5
P1
1-6
F1-F5
P1
1-5
F1,F2
P1
C1,C2
C1,C2
C1,C2
C1,C2
W4-6
L2-L4
C2-C4
W4-6
L2-L4
C2-C4
W10-11
L6
C6
W12
L7
C7
C2
L1-7
C1-7
II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY
Na ocenę 2
Efekt 1-5
Student opanował
wiedzę z zakresu
podstaw techniki
cyfrowej
Student nie
opanował
podstawowej wiedzy
z zakresu podstaw
techniki cyfrowej
Na ocenę 3
Student częściowo
opanował wiedzę z
zakresu podstaw
techniki cyfrowej
Na ocenę 4
Student dobrze
opanował wiedzę z
zakresu podstaw
techniki cyfrowej
Na ocenę 5
Student bardzo
dobrze opanował
wiedzę z zakresu
materiału objętego
programem
5
nauczania,
samodzielnie
zdobywa i poszerza
wiedzę przy użyciu
różnych źródeł
Efekt 6-11
Student posiada
umiejętności
stosowania wiedzy
w praktycznym
rozwiązywaniu
problemów i zadań
związanych z
techniką cyfrową
Efekt 12
Student potrafi
efektywnie
prezentować
i dyskutować wyniki
własnych działań
Student nie potrafi
rozwiązywać
podstawowych
problemów i zadań
nawet z pomocą
instrukcji oraz
prowadzącego
Student nie potrafi
wykorzystać zdobytej
wiedzy, zadania
wynikające z
realizacji ćwiczeń
wykonuje z pomocą
prowadzącego
Student poprawnie
wykorzystuje wiedzę
oraz samodzielnie
rozwiązuje problemy
i zadania wynikające
w trakcie realizacji
ćwiczeń
Student potrafi
rozwiązywać
samodzielnie
zaawansowane
zadania, potrafi
dokonać oceny oraz
uzasadnić trafność
przyjętych metod i
rozwiązań
Student nie
opracował
sprawozdania/
Student nie potrafi
zaprezentować
wyników swoich
badań
Student wykonał
sprawozdanie
z wykonanego
ćwiczenia, ale nie
potrafi dokonać
interpretacji oraz
analizy wyników
własnych badań
Student wykonał
sprawozdanie
z wykonanego
ćwiczenia, potrafi
prezentować wyniki
swojej pracy oraz
dokonuje ich analizy
Student wykonał
sprawozdanie
z wykonanego
ćwiczenia, potrafi
w sposób zrozumiały
prezentować,
oraz dyskutować
osiągnięte wyniki
Dopuszcza się wystawienie oceny połówkowej o ile student spełniający wszystkie efekty
kształcenia wymagane do oceny pełnej spełnia niektóre efekty kształcenia odpowiadające
ocenie wyższej
III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE
1. Wszelkie informacje dla studentów (materiały do zajęć, instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych)
dostępne są na stronie internetowej www.kik.pcz.pl.
2. Informacja na temat konsultacji przekazywana jest studentom podczas pierwszych zajęć danego z
przedmiotu.
6